[논문]광조건에 따른 식물의 엽온 특성

박용목

doi:10.5322/jes.2011.20.12.1599

[국내논문] 광조건에 따른 식물의 엽온 특성
Leaf Temperature Characteristics being Affected by Light Regimes 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.20 no.12, 2011년, pp.1599 - 1605

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To evaluate heat environment surrounding plants diurnal change of leaf temperature in the broad-leaved deciduous and evergreen trees was measured with microclimatic environmental factors including global solar radiation, and upward and downward long wave radiation. Maximum daily solar radiation was 961.2 and 976.3 w/$m^2$ in August 9 and 23, respectively. Upward long wave radiation was slightly higher than downward long wave radiation, showing 404.2 w/$m^2$ in August 9 and 394.5 w/$m^2$ in August 23. In addition, daily maximum vapor pressure deficit was 5.42 and 6.84 kPa in August 9 and 23, respectively, indicating high evaporative demand. Quercus glauca and Acer mono was differently responded to changing light regimes. On August 9, leaf temperature at the top-positioned leaves of Acer plants was higher than air temperature as well as those of Quercus plants in the morning. This indicates that stomata in Acer plants were closed by heat stress or water stress in the morning, while Quercus plant maintained active transpiration by opening stomata. These results indicated that improved light regimes such as gap opening in the closed forest may not always affect positively in the physiology of understory plants.

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문제 정의

한반도 중부와 남부의 삼림생태계는 냉온대 낙엽활엽수림과 상록활엽수림으로 구성되어 있다(Kim 1992). 따라서 본 연구에서는 한반도 중, 남부 삼림식생의 중심이 되는 낙엽활엽수와 상록활엽수에서 엽온과 미기상 환경의 일변화를 추적하여, 광환경 변화에 따른 잎의 열적환경 변화를 평가함으로서 숲틈에 의한 삼림 갱신과정에서의 광환경 개선이 가져올 수 있는 스트레스적 환경에 대하여 고찰하고자 한다.
본 연구에서는 숲의 간벌과 같은 광환경 변화가 식물에 미칠 수 있는 열적환경을 평가하기 위하여 상록활엽수인 종가시나무와 낙엽활엽수인 고로쇠나무에서 엽온의 일변화와 함께 열적환경에 영향을 미치는 미기상 요인의 변화를 추적하였다. 또한 두 종의 잎 특성 차이를 명확히 하기 위하여 일정한 환경조건에서 식물체에 부착된 잎과 분리된 잎에서의 엽온 변화를 추적하였다.

가설 설정

또한, 두 종 사이에는 상대적으로 잎이 얇은 고로쇠나무가 더 높은 엽온을 나타내었다. 이 결과는 울폐된 숲에서 숲틈이 생기면 광환경 개선으로 임상에서 기다리던 치수나 유목의 생장을 촉진시켜 숲틈이 메워져 극상림이 유지된다는 가설에 또 다른 문제를 제기하는 것이다. 즉, 야외에서 숲틈 등에 의한 광조건의 개선은 식물의 열적 환경이라는 면에서 심한 스트레스환경으로서 작용할 가능성이 있다는 것을 시사하는 것으로, 숲틈의 출현으로 광환경이 개선되었을 때 식물 종에 따라서는 스트레스에 의한 영향이 더 크게 작용할 가능성도 배제하지 못한다는 것을 나타낸다.

제안 방법

야외실험은 1999년 8월 오사카대학 실습포장에서 행하여졌다. 식물의 엽온은 성숙된 잎 중에서 식물체의 꼭대기 부근에 달려 있어 광에 잘 노출된 잎(sun)과 아래쪽에 위치하여 그늘진 잎(shade)의 뒷면에 열전대(thermocouple)을 부착하여 측정하였다. 식물의 열환경에 영향을 미치는 미기상 인자로는 전천일사량(MS801, Eco, Japan), 지면으로부터의 장파방사량(MS201, Eco, Japan), 풍속(Visala, Finland) 및 온도와 습도(HMP13, Visala, Finland)를 지상 2 m 높이에서 30초 간격으로 측정하여 data logger(thermodac, Japan)에 저장하였다.
식물의 엽온은 성숙된 잎 중에서 식물체의 꼭대기 부근에 달려 있어 광에 잘 노출된 잎(sun)과 아래쪽에 위치하여 그늘진 잎(shade)의 뒷면에 열전대(thermocouple)을 부착하여 측정하였다. 식물의 열환경에 영향을 미치는 미기상 인자로는 전천일사량(MS801, Eco, Japan), 지면으로부터의 장파방사량(MS201, Eco, Japan), 풍속(Visala, Finland) 및 온도와 습도(HMP13, Visala, Finland)를 지상 2 m 높이에서 30초 간격으로 측정하여 data logger(thermodac, Japan)에 저장하였다. 지면과 식물로부터 위쪽으로 향하는 적외방사량 측정은 적외방사계를 지면으로 향하게 하여 측정하였으며, 각 시간마다 대략 10분 정도 적외방사계를 하늘 쪽으로 되돌려 놓음으로서 대기로부터의 적외방사도 측정하였다.
식물의 열환경에 영향을 미치는 미기상 인자로는 전천일사량(MS801, Eco, Japan), 지면으로부터의 장파방사량(MS201, Eco, Japan), 풍속(Visala, Finland) 및 온도와 습도(HMP13, Visala, Finland)를 지상 2 m 높이에서 30초 간격으로 측정하여 data logger(thermodac, Japan)에 저장하였다. 지면과 식물로부터 위쪽으로 향하는 적외방사량 측정은 적외방사계를 지면으로 향하게 하여 측정하였으며, 각 시간마다 대략 10분 정도 적외방사계를 하늘 쪽으로 되돌려 놓음으로서 대기로부터의 적외방사도 측정하였다. 엽온에 가장 큰 영향을 미치는 요인이 일사에 의한 에너지 흡수이므로 측정은 일사량이 크게 변화하는 아침 6시 경부터 저녁 7시 경까지 실시되었다.
지면과 식물로부터 위쪽으로 향하는 적외방사량 측정은 적외방사계를 지면으로 향하게 하여 측정하였으며, 각 시간마다 대략 10분 정도 적외방사계를 하늘 쪽으로 되돌려 놓음으로서 대기로부터의 적외방사도 측정하였다. 엽온에 가장 큰 영향을 미치는 요인이 일사에 의한 에너지 흡수이므로 측정은 일사량이 크게 변화하는 아침 6시 경부터 저녁 7시 경까지 실시되었다. 토양함수량 감소로 인한 식물의 수분스트레스가 엽온 변화에 미치는 영향을 조사하기 위하여 일부 개체는 충분히 토양에 물을 공급하여 토양수분이 충분한 상태에서 엽온의 변화를 측정하였으며, 일부는 8일간 물을 주지 않고 수분스트레스를 준 상태에서 엽온의 일변화를 측정하였다.
잎이 얇은 낙엽수인 고로쇠나무와 잎이 두꺼운 상록수인 종가시나무의 인공적, 단기적 수분스트레스하에서의 엽온변화를 측정하기 위하여 식물에 물을 충분히 공급한 후, 잎이 식물체에 부착된 상태와 식물체로부터 분리된 상태의 두 조건에서 30분간 엽온의 경시변화를 측정하였다. 광조건은 슬라이드 프로젝트를 이용하여 광 강도가 550 μ mole m^-2 s^-1가 되도록 하고, 기온은 25 ℃, 풍속은 선풍기를 이용하여 0.
변화하는 야외환경에서의 열적환경에 대한 두 종간의 엽온 반응의 차이를 확인하기 위하여 일정한 환경조건(광량, 온도, 풍속)을 가진 실험실 조건에서 엽온 변화를 추적하였다(Fig. 5). 잎이 식물체에 부착된 상태에서는 두 종 모두 광 조사 후 약 2분 후에는 엽온이 안정되었으며, 종가시나무에서 27.
본 연구에서는 숲의 간벌과 같은 광환경 변화가 식물에 미칠 수 있는 열적환경을 평가하기 위하여 상록활엽수인 종가시나무와 낙엽활엽수인 고로쇠나무에서 엽온의 일변화와 함께 열적환경에 영향을 미치는 미기상 요인의 변화를 추적하였다. 또한 두 종의 잎 특성 차이를 명확히 하기 위하여 일정한 환경조건에서 식물체에 부착된 잎과 분리된 잎에서의 엽온 변화를 추적하였다. 그 결과, 두 종 모두 직사광이 비치는 곳의 잎의 온도가 40℃ 이상까지도 상승하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 식물 종은 상록활엽수인 종가시나무(Quercus glauca Thunb.)와 낙엽활엽수인 고로쇠나무(Acer mono Maxim.)로서, 발아 후 3년 간 야외의 포장에서 키워 수고가 약 150 cm 정도가 된 개체들 중에서 건강하고, 균일한 32 개체의 식물체를 선발하여 공시재료로 사용하였다. 야외실험은 1999년 8월 오사카대학 실습포장에서 행하여졌다.
)로서, 발아 후 3년 간 야외의 포장에서 키워 수고가 약 150 cm 정도가 된 개체들 중에서 건강하고, 균일한 32 개체의 식물체를 선발하여 공시재료로 사용하였다. 야외실험은 1999년 8월 오사카대학 실습포장에서 행하여졌다. 식물의 엽온은 성숙된 잎 중에서 식물체의 꼭대기 부근에 달려 있어 광에 잘 노출된 잎(sun)과 아래쪽에 위치하여 그늘진 잎(shade)의 뒷면에 열전대(thermocouple)을 부착하여 측정하였다.

성능/효과

또한, 지면으로부터 대기를 향한 상향의 장파복사는 404±13.5 w/m2였으며, 대기로부터 하향의 장파복사는 380.7 ± 18.2 w/m2로 두 방향의 장파복사량 모두 거의 일정한 값을 나타내었다(Table 1).
그러나 기공개폐에 영향을 미치는 요인에 대한 식물의 반응 정도와 민감도는 식물 종에 따라 다르게 나타난다. 종가시 나무와 고로쇠 나무는 토양에 수분을 충분히 공급하였을 때 엽온 변화에서 차이를 나타내었으며, 특히, 태양광에 직접 노출된 상층부 잎(sun)에서 그 차이가 현저하였다(Fig. 2). 즉, 직사광이 비친 아침 8시경부터 12시경까지 종가시나무의 상층부 잎은 고로쇠나무에 비하여 낮은 엽온을 유지하였을 뿐만 아니라 기온보다도 상당시간 낮은 값을 유지하였다.
이것은 직사광에 의해 엽온이 상승하였을 때, 상대적으로 더 많은 체내 수분을 함유한 두꺼운 잎의 종가시나무가 더 오랫동안 기공을 열고 증산을 하고 있다는 것을 나타낸다. 그 결과, 종가시나무는 오전의 강한 일사에도 불구하고 상당시간 동안 기온보다도 낮은 엽온을 유지할 수 있었던 것으로 판단된다(Figs. 1, 2). 반면, 고로쇠나무의 엽온은 오전 내내 기온보다 높게 유지되었으며, 날씨가 흐려지며 잎으로의 에너지 부하가 감소된 오후 1시 이후에는 두 종 모두 기온보다 낮게 엽온을 유지하였다.
이것은 한낮의 높은 에너지 유입에도 불구하고 바람이 거의 불지 않아 증발산에 대한 경계층 저항이 커졌기 때문으로 사료된다. 그 결과, 엽온도 40℃이상을 나타내었을 뿐만 아니라 두 종간에도 엽온의 차이가 거의 나타나지 않았다(Figs 3, 4).
5). 잎이 식물체에 부착된 상태에서는 두 종 모두 광 조사 후 약 2분 후에는 엽온이 안정되었으며, 종가시나무에서 27.3℃, 고로쇠나무에서 27.8℃로 고로쇠나무에서 0.5℃ 정도 높은 값을 나타내었다(Fig. 5).
또한 두 종의 잎 특성 차이를 명확히 하기 위하여 일정한 환경조건에서 식물체에 부착된 잎과 분리된 잎에서의 엽온 변화를 추적하였다. 그 결과, 두 종 모두 직사광이 비치는 곳의 잎의 온도가 40℃ 이상까지도 상승하였다. 이 온도는 온대식물의 중요 대사과정의 최적온도가 25-30℃의 범위인 것을 감안할 때, 이들 식물들은 열적으로 상당한 스트레스를 받고 있음에 틀림없다.

후속연구

그러므로 보다 다양한 상록수와 낙엽수를 재료로 상록수와 낙엽수의 잎 특성에 따른 차이를 확인할 필요가 있다. 또한, 숲틈갱신 과정에서의 선택과정을 평가하기 위해서는 잎의 열적환경에 덧붙여서 광환경 개선에 따른 식물의 수분스트레스 환경의 평가 및 그에 따른 식물의 생장반응 등을 조절된 환경조건과 숲틈 현장에서 증명하는 연구가 수행되어야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	식물의 광합성 속도에 결정적인 영향을 미치는 것은?	식물의 광합성 속도는 여러 가지 환경요인에 의해 제한받지만, 그 중에서도 광환경은 식물의 광합성에 결정적인 영향을 미친다(Blackman과 Black, 1959; Oberbauer와 Strain, 1985; Patterson 등, 1978). 광합성에 의한 물질생산의 정도는 종의 생장과 생존, 더 나아가서는 분포를 결정짓는 중요한 요인으로 작용한다.
	일반적인 기공의 개폐는 언제 일어나는가?	또한, 증산의 통로가 되는 기공의 개폐는 광, 온도, 습도, 토양수분 등의 환경요인에 의해 영향을 받는다(Turner 등, 1984). 일반적으로 광이 있으면 기공은 열리지만, 기온이 상승하여 포차가 커짐에 따라 잎과 대기와의 수증기압 차이가 커지면 기공을 닫는다(Willson과 Bunce, 1997). 태양에 직접 잎이 노출되는 경우, 엽온은 기온보다 높아지며, 기공을 열고 증산을 하면 잠열소실에 의하여 엽온이 기온보다 낮아지기도 한다.
	식물의 열환경에 영향을 미치는 미기상 인자는?	식물의 엽온은 성숙된 잎 중에서 식물체의 꼭대기 부근에 달려 있어 광에 잘 노출된 잎(sun)과 아래쪽에 위치하여 그늘진 잎(shade)의 뒷면에 열전대(thermocouple)을 부착하여 측정하였다. 식물의 열환경에 영향을 미치는 미기상 인자로는 전천일사량(MS801, Eco, Japan), 지면으로부터의 장파방사량(MS201, Eco, Japan), 풍속(Visala, Finland) 및 온도와 습도(HMP13, Visala, Finland)를 지상 2 m 높이에서 30초 간격으로 측정하여 data logger(thermodac, Japan)에 저장하였다. 지면과 식물로부터 위쪽으로 향하는 적외방사량 측정은 적외방사계를 지면으로 향하게 하여 측정하였으며, 각 시간마다 대략 10분 정도 적외방사계를 하늘 쪽으로 되돌려 놓음으로서 대기로부터의 적외방사도 측정하였다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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